Полупроводники
Нужды электротехники XIX в. в обеспечении передачи энергии на расстояние
потребовали изучения электрической проводимости веществ. Вскоре четко определились
два практически важных класса: проводники - металлы, например медь, и изоляторы,
диэлектрики - некоторые неметаллы, например фарфор. Ток передается по проводам,
которые подвешены во избежание утечки на изоляторах.
Вещества, которые оказались плохими проводниками, но и плохими изоляторами,
были названы полупроводниками. Могут ли они представлять ценность для практики,
было неясно. И только в 30-40-х годах XX в. наука о полупроводниках и производство
полупроводниковых приборов совершили головокружительный скачок.
Развитие квантовой механики и создание электронной теории твердых тел
позволили понять различия между металлами, полупроводниками и диэлектриками,
объяснить и предсказать особенности поведения полупроводников, найти им
важнейшее практическое применение.
Из электронной теории (см. ст. "Электронная структура твердых тел")
известно, что в полупроводнике существуют валентная зона и зона проводимости,
разделенные запрещенной зоной. Не нужно только представлять себе, что валентная
зона и зона проводимости - это две различные зоны в пространстве, что валентная
зона расположена где-то в одном месте, а зона проводимости - в другом.
И валентная зона и зона проводимости - это зоны энергетические, а не пространственные,
каждая из них существует во всем объеме полупроводникового кристалла. Для
перехода из валентной зоны в зону проводимости электрону не нужно совершать
каких-то путешествий - ему достаточно лишь увеличить свою энергию, например
поглотив квант света -фотон.
При нагревании полупроводника в нем все большее и большее количество
электронов переходит в зону проводимости и участвует в образовании электрического
тока. Значит, полупроводник при нагревании не уменьшает, как металл, а,
наоборот, увеличивает свою электропроводность (рис. 1). В этом заключается
важный физический признак любого полупроводникового материала.
Рис. 1.
Свойства полупроводников сильно зависят от их состава. Стоит ввести
в чистый полупроводник совсем небольшое количество другого химического
элемента, как появляется либо избыток электронов - благодаря донорному
уровню примеси, либо избыток дырок - благодаря акцепторному уровню примеси.
|